背景及概述[1]
维生素D3是动物饲料中广泛使用的重要的饲料添加剂，主要用于防止动物佝偻病，改进骨骼中钙与磷的转化率，从而促进动物骨骼的生长。饲料添加剂维生素D3油是以羊毛脂胆固醇为起始原料经化学合成的维生素D3树脂油，溶于植物油中，并配以适量的抗氧化剂制得的饲料添加剂维生素D3油，该产品可用于制备饲料添加剂维生素D3微粒。维生素D3通过光热转化，有5个同分异构体，即：前维生素D3、反式维生素D3、维生素D3、速甾醇维生素D3、7-脱氢胆固醇，紫外吸收波长分别为265、275、265、279、281nm，其中有活性的、能够被动物体吸收的不仅有维生素D3，还有前维生素D3，其间可以相互转换。计算维生素D3含量应将前维生素D3含量计算进去。现行饲料添加剂维生素D3油检测方法采用正相高效液相色谱方法。
生理作用及应用[2]
1. 维生素D3的合成与代谢
维生素D(vitaminD，骨化醇)为环戊烷多氢菲类化合物，属类固醇衍生物，包括维生素D2(麦角骨化醇，ergocalciferol)，维生素D3(胆骨化醇cholecalciferol)两种结构形式的甾体衍生分子。在阳光或紫外线照射下，存在于大多数高等动物表皮组织的7-脱氢胆固醇经光化学反应转化成维生素D3。维生素D3在肝内25-羟化酶作用下形成25-羟维生素D3(25(OH)D3)，25(OH)D3半衰期约为15天，是维生素D3的主要循环形式，25(OH)D3在肾近端小管1a羟化酶(CYP27B1)催化下成为活性更高的1，25-二羟维生素D3(1，25-(OH)2D3)，1，25-(OH)2D3通过维生素D3受体(VDＲ)介导发挥其调节钙、磷代谢的经典作用。
2. 维生素D3骨内作用
骨重建伴随人一生，从生命的起始，骨重建就开始了。骨重建是由破骨细胞吸收旧骨、成骨细胞生成等量新骨取代的骨转换过程。当骨吸收增加、骨形成减少时，骨重建脱偶联，发生骨质疏松。而骨形成过程中，维生素D3发挥重要调节作用，是骨代谢重要的调节激素。1，25-(OH)2D3能够促进小肠黏膜细胞合成钙结合蛋白，增加小肠黏膜对钙的吸收，增加磷吸收。在肾脏，1，25-(OH)2D3能够增加近端肾小管对钙、磷的重吸收，升高血钙水平，增加骨密度。在骨组中，1，25-(OH)2D3直接作用于骨的矿物质代谢，促进骨基质形成及类骨质矿化。生理剂量下，1，25-(OH)2D3通过活化和抑制相关转录因子，促进成骨细胞的增殖、刺激成骨细胞活性、促进骨基质形成。大剂量时，是破骨细胞(OC)成熟的主要激活因子，诱导OC分化因子ＲANKL的表达，使OC前体细胞成为成熟OC，促进OC的分化，促进骨吸收。此外，维生素D3可作为骨基质蛋白基因转录调节因子，调节Ⅰ型胶原和骨钙素等的合成。
3. 维生素D3骨外作用
维生素D3的骨外作用部位主要包括：皮肤组织、骨骼肌、免疫系统、神经组织、心血管、生殖器官等。维生素D3可改善骨骼肌细胞钙代谢，提高平衡能力，减少跌倒，Bischoff-Ferrari［5］研究显示，每日口服800U维生素D3，可显著降低老年人跌倒风险。1，25-(OH)2D3可调节单核/巨噬细胞、T淋巴细胞、B淋巴细胞等免疫细胞的增殖、分化及细胞因子的分泌，发挥免疫调节作用，有利于机体维持自身的“自我耐受”，可作为免疫调节剂用于类风湿关节炎(ＲA)、系统性红斑狼疮(SLE)、多发性硬化症(MS)等自身免疫性疾病，既可达到防治效果，又避免了免疫抑制剂造成的副作用。1，25-(OH)2D3可促进皮肤角质细胞分化，抑制角质细胞增生。同时防止紫外线照射引起人永生化表皮细胞(HaCaT细胞)的应激损伤。1，25-(OH)2D3还可通过缩短细胞周期，调节抗凋亡基因及凋亡前基因的表达，抑制皮肤肿瘤的发生。神经细胞也有特异性VDＲ表达，1，25-(OH)2D3可以影响多种神经介质与神经营养因子的合成，调节中枢神经系统发育。维生素D3缺乏引起神经障碍出现抑郁症、多发性硬化、纤维性肌痛、精神障碍或Parkinson病等。研究发现给予1，25-(OH)2D3干预后可以提高海马区域突触生长速度，从而对抑郁症有一定治疗作用。
维生素D3对心血管系统具有重要保护作用。维生素D3可抑制肾素合成与分泌，抑制肾素-血管紧张素-醛固酮系统(ＲAAS系统)，降低血压，从而起到防治高血压的作用。1，25(OH)2D3同时可调节血容量，减少斑块破裂，改善血管和心肌重塑等，并降低对胰岛素的耐药性，减少胰岛素的耐药性导致的心脏病。维生素D受体高度表达于多种人类肿瘤细胞，大量体内外研究证明它具有抑制肿瘤细胞生长，促进肿瘤细胞分化，诱导肿瘤细胞凋亡等作用。维生素D3缺乏与患癌症风险的增加相关，同时维生素D3能减缓癌症的进展。活性维生素D3具有抑制肾小球系膜细胞增殖、减轻肾小球损伤，减少肾小球硬化，减少细胞外基质沉积，减轻肾间质纤维化，减少蛋白尿和延缓肾功能减退等生物学效应。维生素D3缺乏时，可导__致慢性肾病、蛋白尿。研究发现维生素D3与糖尿病相关。1，25(OH)2D3可与胰岛细胞表面的VDＲ结合，促进胰岛素分泌、增加胰岛素敏感性、改善岛素抵抗。研究发现，维生素D3的摄入量与2型糖尿病发病的危险性呈明显负相关。孕早期25(OH)D3水平降低增加了妊娠期糖尿病的发病的风险，维生素D3缺乏是妊娠期糖尿病发病的重要危险因素；同时维生素D3缺乏时，子代出现胰岛素自身抗体，增加先兆子痫风险。
制备[3]
光化学合成维生素D3的方法，按如下步骤进行：
(1)7-去氢胆固醇的光照反应：将7-去氢胆固醇溶于一非极性-极性溶剂混合体系中，在室温下配成浓度为4-6wt％的溶液，其中非极性溶剂与极性溶剂的体积比为2∶1-10∶1，加入抗氧剂，7-去氢胆固醇与抗氧剂的摩尔比为500∶1-2，000∶1，搅拌混合均匀，配成光化学反应液。将反应液倒入已放好450W的高压汞灯并正在通氮气的内浸式光化学反应器中。开灯进行光照，控制光化学反应液的温度在23-30℃的条件下，光照反应10-20分钟。
(2)回收7-去氢胆固醇：按照上述的光化学反应进行完成后，终止反应，将步骤(1)的反应液用旋转蒸发器减压蒸干后，加入一定量的极性溶剂，配置成浓度为20-30wt％的溶液，在-20到-15℃的条件下冷冻4-6小时，此时未反应的7-去氢胆固醇都将沉淀出来。而后将此悬浊液快速过滤，使未反应的7-去氢胆固醇与反应产物分离。
(3)除去有毒组分速甾醇：将步骤(2)过滤后的滤液用旋转蒸发器减压浓缩至浓度为15-25wt％。用高压液相色谱仪测定各反应产物的含量。在室温下加入一定量的非极性溶剂和抗氧剂，使溶液的浓度为10-20wt％，将测定出的各反应产物含量相加，使总反应产物与抗氧剂的摩尔比为200∶1-1000∶1。将温度控制在7-12℃，搅拌下加入与速甾醇的摩尔比为1.5∶1-2∶1的马来酸酐，再搅拌1-2小时。降温至0-3℃，缓慢加入浓度为45-55wt％的KOH或NaOH的水溶液，其中，KOH或NaOH与马来酸酐的摩尔比为3∶1到5∶1，继续搅拌1-2小时，倒入分液漏斗静置15-30分钟分相。分相后，用油相体积的0.8-1.2倍的非极性溶剂萃取水相，将萃取后的非极性溶剂与油相合并。而后用油相总体积2-3倍的去离子水和极性溶剂的混合溶剂分2-4次洗涤油相，去离子水和极性溶剂的体积比为1∶3-1∶9。将上述油相蒸干得除去速甾醇的粘稠状产物。
(4)热异构化反应制维生素D3油剂：步骤(3)粘稠状产物称重，用高压液相色谱仪测定预维生素D3和维生素D3的含量后，溶于预维生素D3和维生素D3含量8-10倍重量的精制油中，真空下加热到60-70℃，慢慢将真空度提高到2-3mmHg柱，保持3-4小时，然后缓慢降温到28-35℃，保持原有真空度8-10小时。通入氮气解除真空，得清澈优质维生素D3油剂。纯度在95％以上。收率为70％左右。
主要参考资料
[1] 维生素D3油检测技术研究
[2] 生命、骨骼、维生素D3
[3] CN02104444.9光化学合成维生素D3的方法